Ein Team von Schweizer Forschern der ETH Zürich und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) arbeiten an der Entwicklung eines vollständig mit 3D-Druck herstellbaren VR-Handschuhs mit künstlichen Muskeln. Dafür wird ein spezielles und absolut neues Material entwickelt, das in 1000 Schichten mit dem 3D-Drucker verarbeitet werden soll. Wir stellen die Arbeit der Forscher vor.

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Forscher der ETH Zürich entwickeln gemeinsam mit der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) im vierjährigen Projekt „Manufhaptics“ einen neuartigen Virtual Reality-Handschuh, der weitgehend automatisch in nur einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden soll. Für Benutzer sollen laut einer Pressemitteilung der Empa dadurch maßgeschneiderte Anpassungen möglich sein. Der haptische Handschuh, der aus völlig neuen Materialien bestehen soll, wird virtuelle Welten noch einfacher und benutzerfreundlicher greifbar machen. Es ist vorgesehen, dass sämtliche Bauteile automatisiert mit 3D-Druck hergestellt werden. Im Vorjahr berichteten wir über einen Maker, der mit 3D-Druck einen VR-Handschuh für nur 22 US-Dollar entwickelte.

Drei verschiedene Aktuatoren im Handschuh

VR-Handschuh Grafik
Der VR-Handschuh (im Bild) soll der weltweit Erste sein, der vollständig in 3D-gedruckt werden kann (Bild © Herbert Shea, EPFL).

Die Forscher planen drei verschiedene Aktuatoren in den Handschuh zu integrieren, um virtuelle Oberflächen fühlbar und Objekte greifbar zu machen. Noppen, die sich auf der Unterseite der Finger befinden, bilden die Textur einer Oberfläche nach und machen diese spürbar. Elektrostatische Bremsen, die um die Fingergelenke angebracht werden, versteifen den Handschuh und blockieren Gelenke. Das soll große, feste Objekte, die beim Berühren Widerstand erzeugen, simulieren.

Dielektrische, elastische Aktuatoren (DEA) werden auf dem Handrücken eingesetzt und raffen die Außenhaut des Handschuhs zusammen, wodurch er ideal anliegt. Zusammen können sie Druck auf die Handoberfläche ausüben.

Tausend feine Schichten aus dem 3D-Drucker

3D-gedrucktes Polymer
Künstliche Muskeln könnten mit dem Material einfach in 3D gedruckt werden (im Bild: mehrere Schichten des Polymers) (Bild © Empa).

Es ist vorgesehen, dass für den Handschuh bis zu tausend feine Schichten aus dem 3D-Drucker übereinandergelegt werden, elektroaktives Polymer und eine stromleitende Schicht im Wechsel. Die Tinten, die dafür benötigt werden, müssen die passende Konsistenz haben, um aus der 3D-Drucker-Düse zu fließen. Die Eigenschaften des Materials sollen denen einer Handcreme ähneln.

Tazio Pleji von der ETH Zürich hat es bereits in seinem 3D-Drucker zu mehreren Schichten verarbeitet. Die vorgesehenen tausend Schichten wurden jedoch noch lange nicht erreicht. Bislang wurden etwa zehn Schichten gedruckt. Der künstliche Muskel funktioniert noch nicht zufriedenstellend. Die Forscher gehen jedoch davon aus, dass sie als erstes Forschungsteam weltweit einen VR-Handschuh mit künstlichen Muskeln aus dem 3D-Drucker herstellen werden.

Stimmen der Forscher

Dorina Opris, Leiterin der Forschungsgruppe, sagte:

„Diese elastischen Polymere reagieren auf elektrische Felder und ziehen sich zusammen wie ein Muskel. Aber sie können auch als Sensor dienen, eine äußere Kraft aufnehmen und daraus einen elektrischen Impuls erzeugen. Wir denken auch daran, sie zur lokalen Energieerzeugung einzusetzen. Aus Bewegung kann so überall Strom entstehen.“

Empa-Forscher Patrick Danner erklärt:

„Es soll leicht aus dem Drucker kommen und dann formstabil auf der Unterlage stehen bleiben.“

Über die weiteren Entwicklungen zu dem Projekt berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin (jetzt Newsletter abonnieren).

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